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1、全国工程爆破技术人员统一培训内容,中国工程爆破协会 编汪旭光 主编冶金工业出版社（2011）,爆 破 设 计 与 施 工（11下）,第十一章 拆除爆破,11.1 拆除爆破基础知识 11.2 建（筑）筑物的拆除爆破 11.3 静态破裂技术 11.4 拆除爆破施工 11.5 拆除爆破理论模型及数值模拟,第四节 钢筋混凝土框架结构的拆除爆破,钢筋混凝土框架结构爆破坍塌方案 钢筋混凝土框架结构（integral reinforced concrete framed buildings）的爆破坍塌有两种基本方式，一种为原地坍塌，一种为定向倾倒。其它诸如“内向折叠倒塌”、“单向连续倒塌”和“双向交替折叠倒
2、塌”等方式，均是由两种基本坍塌方式组合而来的。,原地坍塌,框架结构原地坍塌，需在框架底部所有承重立柱的一定高度范围内实施爆破，使立柱在其上部载荷作用下失稳，从而实现结构的原地坍塌。,定向倾倒,框架结构定向倾倒时，需通过爆破方法，使结构设计倾倒方向一侧的承重立柱失稳，而在另一侧立柱上形成转动铰链，结构在重力倾覆力矩的作用下即可实现定向倾倒。,框架结构的爆破方法,1、选择失稳部位实现定向爆破2、采用延时起爆技术实现定向爆破3、失稳部位选择与延时起爆技术相结合实现定向倒塌,图中各承重立柱的阴影部分为爆破部位，立柱爆破高度取h1 h2 h3。,第1、2段雷管起爆后，立柱、将失稳下塌，框架重心失去平衡，
3、开始形成重力倾覆力矩。当第3段雷管起爆后，则整个框架以柱底部为支点顺时针倒塌。,通过选择失稳部位，并运用延时起爆技术，便可实现框架结构的各种倒塌破坏方式,如“内向折叠倒塌”、“单向连续倒塌”和“双向交替折叠倒塌”等。,失稳部位选择与延时起爆技术相结合实现定向倒塌,图8-7为一框架结构内向折叠倒塌的爆破示意图，爆破按1、2、3、4顺序自上向下、由里向外；倒塌方式为内部立柱失稳坍塌，外部立柱向内转动，最终实现框架结构的内向坍塌。,框架结构立柱失稳条件和破坏高度,钢筋混凝土框架结构主要承重立柱的失稳，是整体框架倒塌的关键。用爆破方法将立柱基础以上一定高度范围内的混凝土充分破碎,使之脱离钢筋骨架，并使
4、箍筋拉断，则孤立的纵向钢筋便不能组成整体抗弯截面；当破坏范围达到一定高度时，暴露出的钢筋将会以失稳形式屈服，导致承重立柱失去承重能力。,P为单根立柱承受的压力，n为立柱中纵向钢筋的数量，计算失稳高度时，把立柱中单根纵筋视为一端自由、一端固定的压杆，其柔度可按下式计算：=（9-7）,对于普通钢材制成的钢筋，不同柔度压杆失稳的临界应力的计算方法如下:细长压杆(100)，用欧拉公式计算临界载荷,即,（9-8）,中长压杆(60100),用直线公式计算临界应力，即（9-9）,根据钢筋混凝土结构设计规范可知，框架结构承重立柱纵向受力钢筋的直径，一般不超过40mm。而对于失稳立柱的破坏高度，在实际爆破时一般
5、均大于500mm。假设立柱内钢筋的直径为40mm，破坏高度取500mm，根据式(9-7)可以求得其柔度100。由此可以说明，在框架结构拆除爆破中,立柱内钢筋的破坏属于细长压杆失稳问题。因此，立柱中纵筋的临界应力应按欧拉公式计算。,若PmP/，即临界载荷小于或等于实际作用在各个纵筋上的载荷，承重立柱必然失稳倒塌。由（8-7）式取最小破坏高度Hmin=12.5 即可。若PmP/，即临界载荷大于或等于实际作用在各个主筋上的载荷时，可令Pm=P/，并由式（9-8）反求压杆长度，即最小破坏高度：,Hmin=,（9-10）,在实际工程中，为确保钢筋混凝土框架结构爆破时顺利坍塌或倒塌，钢筋混凝土承重立柱的爆
6、破高度H宜按下列公式确定，即 H=K(B+Hmin)（9-11）式中：B立柱截面边长，m；Hmin承受立柱底部最小破坏高度，m；K 经验系数，K=1.52.0。立柱节点形成铰链的爆破高度一般取：H=（11.5）B（9-12）,爆破参数的选择,1、炮眼布置 钢筋混凝土承重立柱上的炮眼，可根据立柱截面的大小、形状和配筋情况布置。,图9-9 框架结构立柱爆破炮眼布置,在钢筋混凝土立柱的爆破中，装药的最小抵抗线W=2030cm,炮眼邻近系数不宜过大，一般取=（1.201.25）W为宜。,爆破参数的选择,2、装药量计算 钢筋混凝土框架结构承重立柱爆破时，单孔装药量可按体积公式计算。在拆除爆破中，单位用药
7、量系数随最小抵抗线的减小而增大，随配筋的增加而增大。计算时可根据最小抵抗线大小和配筋多少从表8-6中选取。单箍筋按普通配筋选取单位用药量系数；复合箍筋按配筋较密选择单位用药量系数。,表8-6中，适度破坏是指：混凝土破碎、疏松，与钢筋分离，部分碎块逸出钢筋笼。严重破坏是指：混凝土粉碎、脱离钢筋笼，箍筋拉断、主筋膨胀。级防护为三层草袋、一层胶帘和一层麻袋布覆盖，适用于粉碎性破碎；级防护为二层草袋、一层胶帘和一层麻袋布覆盖，适用于加强疏松破碎。,第五节 水压爆破,在容器状构筑物中注满水，将药包置于水中适当位置，利用水的不可压缩特性把炸药爆炸时产生的压力传递到构筑物上，使构筑物均匀受力而破碎，这种爆破
8、方法叫作水压爆破(water pressure controlled blasting)。,水压爆破适用于水池、管道、碉堡等能够灌注水的容器状构筑物。这类构筑物，一般具有壁薄、面积大、内部配筋较密等特点，如采用普通的钻眼爆破方法拆除，难度较大，也不安全。采用水压爆破，避免了钻凿炮眼，药包数量少，爆破网路简单。只要设计合理，爆破时可避免产生飞石，在振动、冲击波和噪音等方面都比钻眼爆破方法优越，是一种经济、安全、快速的施工方法。,一、水压爆破原理与药量计算,水压爆破原理,炸药爆炸后，由于水的不可压缩性，构筑物的内壁首先受到由水传递的冲击波作用，强度达几十至几百兆帕，并且发生反射。构筑物的内壁在强载
9、荷的作用下，发生变形和位移。当变形达到容器壁材料的极限抗拉强度时，构筑物产生破裂。随后，在爆炸高压气团作用下水球迅速向外膨胀，并将能量传递给构筑物四壁，形成一次突跃的加载，加剧构筑物的破坏。此后，具有残压的水流，从裂缝中向外溢出，并可裹携少量碎块形成飞石。,水压爆破时构筑物主要受到两种载荷的作用：一是水中冲击波的作用；二是高压气团的膨胀作用。用于形成冲击波的能量约占全部炸药能量的40%，保留在高压气团中的能量约占总能量的40%，其余的能量消耗于热能之中。,药量计算,圆筒形结构物 该公式也叫冲量准则公式，它把水压爆破产生的水中冲击波对圆筒的破坏看成是冲量作用的结果，以圆筒材料的极限抗拉强度作为破
10、坏的强度判据，并运用结构在等效静载作用下产生的位移与冲量作用下产生的位移一样的这一原理，建立计算药量的公式，经过简化以后得：,（9-13）,式中 Q 水压爆破装药量，kg；K0-容器开、闭口系数，开口=1.331.66,闭口K0=1；-结构物的壁厚，m；R-圆筒形结构物的内半径，m；K1-结构物的坚固性系数，它与结构物的壁厚和内半 径的比值有关。比值越大，说明结构物越坚固，K1 可按下式计算,（9-14）,K装药系数，与结构物的材质强度和要求的破碎程度 有关。,当爆破对象为混凝土或者砖石结构时。可根据要求的破碎情况，选取=13；当爆破对象为钢筋混凝土时。根据要求的破碎程度和控制碎块飞散情况，分
11、为三个等级。,三个等级为：（1）混凝土壁局部炸裂剥离，混凝土块未脱离钢筋，基本上无碎块飞散时，取K=23。（2）混凝土壁炸开炸碎，部分混凝土快脱离钢筋，顶面部分钢筋断而不脱，碎块飞散距离约20m内，选取K=45。（3）混凝土壁炸飞，大部分块度均匀，少量大块脱离钢筋，主筋炸坏，箍筋炸断，选取K=67；这时水柱高度可达1040m，碎快飞散距离可达2040m，附近建筑物可能受到破坏，应事先采取防护措施。,药量计算,非圆筒形结构物 当结构物为非圆筒形时,采用等效内半径和等效壁厚按下式进行装药量计算,是一个简便实用的方法。,（9-15）,式中：,非圆筒形结构物的等效内半径，m，其值为,（9-16）,其中
12、,非圆筒形结构物的等效壁厚，m，其值为,（9-17）,其中,通过药包中心的结构物外壁的水平截面面积，m2。,二、水压爆破的装药布置,图9-10 水压爆破荷载分布,当水中的药包爆炸时，结构物内壁上所承受的载荷分布是不均匀的。如图9-10所示，最大载荷位于药包中心同一水平上各点。随着距药包中心距离的增加，周壁上受到的爆炸载荷逐渐降低，水面处时载荷为零；载荷的变化规律呈曲线形，在接近结构物底部时，载荷出现回升，但其值仍然小于最大载荷值。,结构物在承受爆炸载荷后抵抗变形的阻力，顶部最小；随着深度的增加阻力也增大，到达结构物底板时，阻力最大。,根据爆炸载荷的分布和结构的变形特点，布置药包时可遵循如下原则
13、。1药包在结构物横截面中的位置 对于截面形状规则（如圆形或方形）壁厚相等的短筒形结构物，如果采用单药包时，药包应布置在结构物内水平截面的几何中心处。同一容器两侧壁厚不同时，应布置偏炸药包，使药包靠近厚壁一侧。,药包入水深度 药包入水深度是指药包中心至水面的垂直距离。当拆除物容器充满水时，药包一般放置在水面以下相当于水深2/3处。容器不能充满水时，应保证药包入水深度不小于容器中心至容器壁的距离，并相应降低药包在水中的位置，直至放置在容器底部，这时与容器底面相连的基础，也将受到一定程度的破坏。,三、水压爆破施工,炸药及起爆网路防水处理,水压爆破应选用抗水炸药，如水胶炸药乳化炸药等。如果采用铵梯炸药
14、，应做好防水处理。药包可用塑料袋包装或其它容器盛放，装药密度要保证。药包在容器中固定可采用悬挂式或支架式，必要时可附加配重，以防悬浮或漂移。水压爆破一般采用复式起爆网路。无论采用电力起爆还是采用非电起爆，爆破网路都要作好防水处理。,施工注意事项,(1)确定方案时应调研是否具备水压爆破条件 设计前应检查容器状结构物是否漏水，供水水源能否满足施工要求等。若爆破后可能造成水患，应慎重考虑。,施工注意事项,（2）构筑物开口的处理 用水压爆破拆除构筑物，需要认真做好开口部位的封闭处理。封闭处理的方式很多，可把钢板锚固在构筑物壁面上，中间夹上橡皮密封垫，以防漏水；也可以用砖石砌筑、混凝土浇灌或用木板夹填黄
15、泥及粘土封堵。无论采用什么方式，封闭处理的部位仍是结构的薄弱环节，还应采取必要的防护。实践表明，用编织袋填土堆码，并使堆码厚度大于构筑物壁厚，堆码面积大于开口面积，可以改善爆破效果，提高爆破的安全性。,施工注意事项,（3）对不拆除部分的保护 对那些与拆除物相联但不拆除的结构，应事先将其联结部分切断。对同一容器（如管道）的不拆除部分，可采用填砂、预裂、加箍圈等方法加以保护。,施工注意事项,（4）开挖临空面 水压爆破的构筑物，一般具有良好的临空面，但对地下工事，一定要在构筑物的外 侧开挖好拆除物的临空面，否则会影响爆破效果。,第六节 静态破碎方法,静态破碎法,静态破碎法是一种破碎（或切割）岩石和混
16、凝土的新方法。其特点是利用装在炮眼中的静态破碎剂的水化反应,使晶体变形，产生体积膨胀，从而缓慢地将膨胀压力施加给孔壁。当炮眼中的静态破碎剂发生作用时，炮眼周围的介质产生周向的拉应力，若拉应力超过介质的抗拉强度时，物体在炮眼之间产生裂隙，随着膨胀压力的增加裂隙逐渐扩展成裂缝，继而导致物体破坏。,静态破碎法,从作用原理来说，静态破碎法不属于爆破范畴。但它有许多优点：（1）静态破碎剂不属于危险品，因而在购买、运输、保管和使用上，不象使用炸药那样受到种种限制，尤其是在城市中使用更为方便。（2）破碎过程安全，不存在工业炸药爆炸时产生的爆破震动、空气冲击波、飞石、噪音、有毒气体等危害。（3）施工简单。不需
17、要炸药爆破时的捣固或防护工作，只需将静态破碎剂用装入炮眼即可。,静态破碎法,尽管静态破碎方法有很多优点，但是，其破碎能力、破碎效果和经济效益等方面都比不上传统的爆破方法。特别是对于建（构）筑物的拆除，由于其破碎过程长，建（构）筑物失稳后难以控制，应避免使用静态破碎方法。所以，静态破碎方法的优点，只有在不允许使用爆破方法的环境中，而且破碎方量不大时，才能显示出来。,静态破碎剂(silent crusher),静态破碎剂是以氧化钙为主体原料，并配以其它有机和无机添加剂而制成的粉末状物质。它以浆体或锭剂（圆柱体、圆片、球体和多面体等）形式装入炮眼中，与水发生水合反应，生成新的固体物质，产生体积膨胀，
18、以放射状向外扩展，当膨胀压力达到一定值时，使欲拆除物体发生龟裂或破碎。,静态破碎剂(silent crusher),进行破碎作业时，主要的膨胀源是氧化钙。氧化钙是密度为3.32g/cm3,熔点为25.72的等轴晶体。当与适量的水掺和后发生如下化学反应：,Ca+H2O Ca(OH)2+6.5104,（9-8）,静态破碎剂(silent crusher),氧化钙经水化作用，首先生成细微的胶质状氢氧化钙，随着时间的推移长大成具有各向异性的六角形结晶。晶型的变化造成了晶体体积的膨胀。与此同时，每摩尔氢氧化钙释放出65.1KJ的热量。因此，化学反应后，静态破碎剂的体积膨胀，温度升高，压力增大。如果外界对
19、这种膨胀施以约束，就会产生压力。一般岩石的抗压强度为100120MPa，抗拉强度为313MPa；混凝土的抗压强度为1060MPa，抗拉强度为1.55.9MPa。当破碎剂在炮眼壁上产生的切向拉应力超过了脆性物体的抗拉强度时，物体便发生龟裂破碎。,国内已研制成功的普通型静态破碎剂有：JC-1系列和SCA系列等。它们的适用温度见表8-7。,表9-7 静态破碎剂种类及其适用温度,静态破碎剂(silent crusher),二十世纪八十年代以来，静态破碎剂的性能有了很大改善。产品类型已有季节型（因环境温度不同分为夏、冬和春秋三种类型）发展为通用型（四季通用）；破碎时间由1224h缩短为13h；膨胀压力可
20、达50MPa，有的甚至更高。因此只要合理设计抵抗线、孔径、孔距等破碎参数，就能够满足各种岩石和混凝土拆除工程的需要。,施工方法,孔网参数 使用静力破碎方法,必须根据混凝土内有无钢筋、钢筋排列情况、岩石的性状、节理、破碎或切割的块度等因素确定孔网参数。一般岩石和素混凝土的眼距一般为2540cm,钢筋混凝土的眼距为1525cm，眼深一般为拆除物高度的0.81.0倍。,施工方法,2静态破碎剂的用量 使用SCA（力士牌）破碎介质时，其用量可参照表8-8 确定。使用其它品种时，可根据孔网参数进行估算。,表9-8 SCA 用量表,施工方法,3施工注意事项(1)往炮眼中灌注浆体，必须充填密实。对于垂直孔可直接倾倒；对于水平孔或斜孔，应用浆泵把浆体压入孔内，然后用塞子堵口。充填时，面部避免直接对准孔口。(2)夏季充填完浆体后，孔口应适当覆盖，避免冲孔。冬季气温过低时，应采取保温或加温措施。(3)施工时为确保安全，应带防护眼镜。破碎剂有一定的腐蚀性，粘到皮肤上后要立即用水冲洗。,
